лабораторная работа ТВН. ДЗ_ТВН_В17. Варианты заданий 17

• Название: Варианты заданий 17
• Анкор: лабораторная работа ТВН
• Дата: 29.11.2022
• Размер: 1.05 Mb.
• Имя файла: ДЗ_ТВН_В17.docx
• Тип: Документы; #819140
• страница: 1 из 2

Исходные данные для варианта №17:

Варианты заданий	17
Размер подстанции А, м	34
Размер подстанции В, м	37
Ширина ЗРУ, м	8
Климатическая зона	3
Ток замыкания на низкой стороне, А	13
Грунт	Чер-м
Удельное сопротивление, Ом∙м	48
Параметры системы трос-опора
Сопротивление опоры, Ом	11
Длина пролета, м	205
Сечение троса, мм2	50
Высота оборудования
Портала, м	10
Трансформатора, м	6
ЗРУ, м	6

1. ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПОДСТАНЦИИ

Цель работы: изучить назначение, порядок расчета, некоторые особенности монтажа заземляющего устройства подстанции.

Теоретические положения к выполнению расчета

На подстанции необходимы три вида заземлений [17]: защитное, рабочее, молниезащитное.

Защитное заземление необходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживании электроустановки. К защитному заземлению относятся заземления металлических нетоковедущих частей установки (корпусов электрических машин и трансформаторов, каркасов шкафов, распределительных щитов и т.д.), нормально не находящихся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции. Заземление позволяет снизить напряжение прикосновения до безопасного уровня.

Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановок. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек.

Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений. К молниезащитному заземлению относятся заземления молниеотводов, разрядников, ограничителей перенапряжений, опор линий, тросов, крыш закрытых распределительных устройств.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя, находящегося в непосредственном соединении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Для всех трех видов заземлений может использоваться одно и то же заземляющее устройство, но при этом его сопротивление выбирается по наиболее жестким требованиям, т.е. по наименьшей допустимой величине. Для рабочего и защитного заземления всегда используется общий заземлитель. Причем наименьшее допустимое сопротивление обычно имеет защитное сопротивление (сопротивление рабочего заземления должно быть много меньше сопротивления нулевой последовательности [17]).

Молниеотводы также можно присоединять к общему заземлителю, если они устанавливаются на конструкциях [1]. Но при этом дополнительно от стоек конструкции ОРУ 35 кВ и выше нужно обеспечить растекание тока молнии по магистралям заземления не менее чем в двух направлениях с углом не менее 90º между соседними (рис. 1.1). Кроме того, должно быть установлено не менее одного вертикального электрода длиной 3-5 м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом. Это вызвано тем, что быстрое нарастание тока молнии создает падение напряжения на индуктивности протяженного заземлителя и удаленные его части практически не участвуют в отводе тока на землю.



Рисунок 1.1 - Дополнительные меры при установке молниеотводов на конструкциях

На подстанции с высшим напряжением 35 кВ при установке молниеотводов на трансформаторных порталах сопротивление устройства не должна превышать 4 Ом [7]. Если на подстанции используются отдельно стоящие молниеотводы, то они должны иметь свое обособленное заземление с сопротивлением не более 80 Ом [1].

Рассмотрим порядок расчета и конструкцию защитного заземления.

Для расчета защитного заземления используются два основных инженерных способа: 1) коэффициентов использования; 2) наведенных потенциалов.

Способ коэффициентов использования применяется как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей. При этом грунт рассматривается как однородный и лишь для верхнего слоя земли учитывается промерзание или высыхание грунта. В действительности земля не является однородной, а имеет сложное строение.

Во втором способе принимается двухслойная модель земли с разными удельными сопротивлениями нижнего и верхнего слоев грунта. Этот способ более трудоемок, требует дополнительных сведений о составе и удельных сопротивлениях грунта, но зато дает более точные результаты.

Для учебных целей, когда точных данных нет, обычно пользуются способом коэффициентов использования.

Расчет обоими способами может производиться как по допустимому сопротивлению растеканию тока заземлителя, так и по допустимому напряжению прикосновения.

В настоящее время расчет заземлителей производится в большинстве случаев по допустимому сопротивлению заземлителя. И лишь заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью в районах с большим удельным сопротивлением земли, в том числе в районах многолетней мерзлоты, ПУЭ рекомендует выполнять по допустимому напряжению прикосновения [7].

Поэтому мы рассмотрим способ коэффициентов использования, расчет выполним по допустимому сопротивлению растекания тока.

Сопротивление растеканию R_з заземляющего устройств подстанции должно быть следующим:

1) в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью

Ом;

2) в электроустановках напряжением выше 1 кВ с сетях с изолированной нейтралью

, но не более 10 Ом; (1.1)

где - расчетный ток замыкания на землю, А.

3) в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2; 4 и 8 Ом в сетях с линейным напряжением соответственно 660, 380, 220 В;

4) в электроустановках до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть

, но не более 4 Ом; (1.2)

где - ток замыкания на землю, А.

При суммарной мощности трансформаторов подстанции 100 кВА и менее заземляющее устройство должно иметь сопротивление не более 10 Ом.

За расчетный ток I_з в формулах (4.1) и (4.2) в сетях с изолированной нейтралью принимается полный ток замыкания на землю при полностью включенных присоединениях электрически связанной сети. Ток замыкания можно определить по приближенной формуле

I_З = U(35ℓ_К + ℓ_В )/350;

где U – линейное напряжение сети, кВ; ℓ_К и ℓ_В − общая длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

В сетях с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока следует принимать:

а) ток, равный 125 % номинального тока этих аппаратов (для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты);

б) остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов (для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты).

Заземлители делятся на естественные и искусственные. Для снижения расходов на заземляющие устройства в первую очередь нужно использовать естественные заземлители [1]. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать трубы водопровода, трубопроводы, проложенные в земле (за исключением нефтепроводов и газопроводов), свинцовые оболочки кабелей (использование алюминиевых оболочек не допускается) и т.п.

Сопротивления естественных заземлителей обычно измеряют, при этом результат измерения следует умножить на коэффициент сезонности k_с (табл. 4.2 или 4.3). При отсутствии измеренного сопротивления его можно оценить по формулам, выведенным для искусственных заземлителей аналогичной формы [11], или специальным формулам. Например, сопротивление растеканию системы трос-опоры (при числе опор с тросом более 20)



где - расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний), сопротивление заземления одной опоры, Ом; r –активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; n - число тросов в опоре. Активное сопротивление стального троса r = 0,15ℓ /S, где ℓ –длина пролета, м; S – сечение троса, мм².

Если сопротивления естественных заземлителей недостаточно, то применяются искусственные заземлители. Искусственные заземлители - это металлические электроды, заглубленные в землю специально для устройства заземлений. На подстанциях обычно выполняются контурные заземлители, они состоят из вертикальных электродов, связанных между собой горизонтальным электродом, уложенным на глубину 0,5 – 0,7 м по контуру подстанции (рис. 1.2 и 1.3). Вокруг ЗРУ контур заземлителя укладывается на расстоянии не более 1 м от края фундамента [7]. Расстояние между оградой ОРУ и контуром заземляющего устройства должно быть не менее 2 м [7].



Рисунок 1.2 - Контурный заземлитель закрытой, отдельно стоящей подстанции:

1 – вертикальные электроды; 2 – горизонтальный электрод



Рисунок 1.3 - Контурный заземлитель открытой подстанции: 1 – вертикальные электроды; 2 – горизонтальный электрод; 3 – ограда; 4 – выравнивающая сетка

Вертикальные электроды в контуре не следует устанавливать слишком часто, ток как при этом они экранируют друг друга, увеличивая суммарное сопротивление. Взаимное влияние электродов заземлителя друг на друга учитывается в расчете введением коэффициента использования вертикальных и горизонтального электродов, которые зависят от отношения a/ℓ, где – среднее расстояние между вертикальными электродами; p – периметр контурного заземлителя, – число вертикальных электродов, ℓ – длина вертикального электрода.

Для выравнивания потенциала на поверхности земли с целью снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения применяются выравнивающие сетки. На открытых подстанциях рекомендуется укладывать сетки на глубине 0,5 – 0,7 м с размером ячеек 6 –12 м. Сопротивление сетки в расчетах не учитывается, обеспечивая дополнительное (резервное) уменьшение сопротивления.

Размещение продольных и поперечных полос выравнивающей сетки по территории подстанции приведено в пособии Ю.И. Солуянова [20] (рис. 1.4).



Рисунок 1.4 - Контурный заземлитель открытой подстанции: 1- забор;

2- оборудование; 3- заземляющее устройство.

В качестве вертикальных электродов используются прутки, а также уголки и отбракованные трубы. При выборе размеров вертикальных электродов исходят из условий обеспечения требуемого сопротивления при наименьшем расходе металла, механической прочности электрода во время погружении в грунт и устойчивости к коррозии. Поэтому вертикальные электроды имеют минимальные допустимые размеры, которые в последние годы регулярно меняются. В 2006 году они очередной раз увеличены: у уголка толщина полки должна быть не менее 5 мм, у трубы толщина стенки – не менее 3,5 мм, у прутка диаметр – не менее 18 мм (для оцинкованных – не менее 16 мм).

Наибольшую механическую прочность при погружении в грунт имеют трубы и уголки, наименьшую – прутки. При заглублении вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 0,7 – 0,8 м. Забивку труб и уголков производят с помощью копров, вибраторов, а при их отсутствии – кувалдами. Способ забивки кувалдой очень трудоемок и требует строительства подмостков.

Все большее распространение получают вертикальные заземлители из прутков. Они наиболее устойчивы к коррозии и долговечны. Применение прутков вместо труб и уголков приводит к экономии металла (примерно 0,5 т на 100 электродов [12]). Для ручного ввертывания прутковых электродов выпускаются электрозаглубители массой 10 – 20 кг (рис. 1.5) [16]. С помощью их вворачивают электроды до 5 м. Для облегчения ввертывания к прутку можно приварить наконечник в виде буравчика.



Рисунок 1.5 - Механизация работ при сооружении заземляющих устройств с помощью электрозаглубителя

В 2006 году вышел технический циркуляр № 11/2006 [26], в котором установлен минимальный диаметр прутка d=18 мм. Поэтому в лабораторной работе и домашнем задании рекомендуется брать прутки диаметром 18 мм. Для их заглубления можно использовать вибромолоты (рис. 4.6).



Рисунок 1.6 - Вибромолоты РТС 8PHFV

В качестве горизонтального электрода [26] применяют прутки диаметром не менее 12 мм или полосовую сталь сечением не менее 150 мм², толщиной не менее 5 мм (в лабораторной работе и домашнем задании рекомендуется полоса 5∙40 мм²). Полосовая сталь укладывается на ребро во избежания нарушения контакта при возможных усадках грунта.

Соединения горизонтальных и вертикальных электродов осуществляется сваркой. Искусственные заземлители не должны иметь окраски [1].

Выполнение работы



Рисунок 1.7 - Определение допустимого сопротивления заземляющего устройства



Рисунок 1.8 - Сопротивление на низкой стороне



Рисунок 1.9 - Окончательное значение сопротивления



Рисунок 1.10 - Сопротивление искусственного заземления



Рисунок 1.11 - Исходные данные расчёта



Рисунок 1.12 - Определение коэффициента использования вертикального электрода по графику



Рисунок 1.13 - Удельное сопротивление грунта для вертикального электрода



Рисунок 1.14 - Удельное сопротивление грунта для горизонтального электрода



Рисунок 1.15 - Определение сопротивления растеканию вертикального электрода



Рисунок 1.16 - Определение примерного числа вертикальных электродов



Рисунок 1.17 - Определение сопротивления растеканию горизонтального электрода



Рисунок 1.18 - Новый коэффициент использования вертикальных электродов



Рисунок 1.19 - Новое значение Кив=0,31



Рисунок 1.20 - Расчетное значение Киг=0,172



Рисунок 1.21 - Уточнение числа вертикальных электродов



Рисунок 1.22 - Окончательное значение сопротивления искусственного заземления



Рисунок 1.23 - Результат выполнения работы в программе

Вывод:

На подстанции необходимы три вида заземлений: защитное, рабочее, молниезащитное. Защитное заземление необходимо для обеспечения безопасности персонала при обслуживании электроустановки. Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановок. Молниезащитное заземление необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений.

Для расчета защитного заземления используются два основных инженерных способа: 1) коэффициентов использования; 2) наведенных потенциалов. Способ коэффициентов использования применяется как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей. При этом грунт рассматривается как однородный и лишь для верхнего слоя земли учитывается промерзание или высыхание грунта. Во втором способе принимается двухслойная модель земли с разными удельными сопротивлениями нижнего и верхнего слоев грунта. Этот способ более трудоемок, требует дополнительных сведений о составе и удельных сопротивлениях грунта, но зато дает более точные результаты. Для учебных целей, когда точных данных нет, обычно пользуются способом коэффициентов использования.

В качестве вертикальных электродов используются прутки, а также уголки и отбракованные трубы. При выборе размеров вертикальных электродов исходят из условий обеспечения требуемого сопротивления при наименьшем расходе металла, механической прочности электрода во время погружении в грунт и устойчивости к коррозии. Наибольшую механическую прочность при погружении в грунт имеют трубы и уголки, наименьшую – прутки. При заглублении вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 0,7 – 0,8 м. Забивку труб и уголков производят с помощью копров, вибраторов, а при их отсутствии – кувалдами. Способ забивки кувалдой очень трудоемок и требует строительства подмостков. Все большее распространение получают вертикальные заземлители из прутков. Они наиболее устойчивы к коррозии и долговечны. Применение прутков вместо труб и уголков приводит к экономии металла (примерно 0,5 т на 100 электродов [12]). Для ручного ввертывания прутковых электродов выпускаются электрозаглубители массой 10 – 20 кг (рис. 1.5) [16]. С помощью их вворачивают электроды до 5 м. Для облегчения ввертывания к прутку можно приварить наконечник в виде буравчика.

2. ЗАЩИТА ПОДСТАНЦИЙ ОТ ПРЯМЫХ УДАРОВ МОЛНИЙ

Цель расчета: научиться правильно выполнять защиту подстанции 110/6-10 кВ от прямых ударов молнии.

Теоретические положения к выполнению расчета

Открытые распределительные устройства (ОРУ) подстанции 35 – 750 кВ должны быть защищены от прямых ударов молнии стержневыми молниеотводами [8]. Возможны два способа защиты подстанций.

1. Установка молниеотводов на конструкциях и подсоединение их к общему заземляющему устройству подстанции.

2. Установка отдельно стоящих молниеотводов со своими обособленными заземлениями.

Первый способ защиты дешевле [9], так как требует значительно меньше металла на изготовление молниеотводов и заземляющих устройств. По этому способу используется высота конструкций, и молниеотводы получаются меньшей высоты, так как они ближе расположены к защищаемому оборудованию и эффективнее используются их защитные зоны. Однако при поражении такого молниеотвода ударом молнии с большой амплитудой тока и высокой крутизной фронта волны значительно возрастает напряжение на заземленных конструкцииях с молниеотводами. Это может привести к перекрытию изоляции между токоведущими частями и заземленными конструкциями, что снижает надежность этого способа защиты.

Отдельно стоящие молниеотводы с обособленными заземлителями можно установить так, что практически полностью исключаются перекрытия с заземленных молниеотводов на токоведущие части подстанции. Поэтому второй способ защиты оказывается значительно надежнее, но дороже.

При выборе оптимального варианта были определены стоимости молниезащит обоих способов и ущербы, которые возникают при поражении подстанций молнией. На основании проведенных сравнений было установлено, что в большинстве случаев предпочтительнее первый способ защиты, а второй способ следует применять лишь тогда, когда первый не обеспечивает необходимую грозоупорность. В [8] приведены условия установки молниеотводов на конструкциях. Основные положения этих условий следующие.

Защиту от прямых ударов молнии ОРУ 220 кВ и выше необходимо выполнять молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях. Защиту ОРУ 110 кВ можно выполнять на конструкциях при эквивалентном удельном сопротивлении грунта в грозовой сезон Омм, а защиту ОРУ 35 кВ – при Омм. Но при этом дополнительно от стоек конструкции ОРУ 35 кВ и выше нужно обеспечить растекание тока молнии по магистралям заземления не менее чем в двух направлениях с углом не менее 90º между соседними. Кроме того, должно быть установлено не менее одного вертикального электрода длиной 3-5 м на каждом направлении, на расстоянии не менее длины электрода от места присоединения к магистрали заземления стойки с молниеотводом (рис.4.1).

Молниеотводы можно устанавливать на следующих конструкциях: порталах, опорах линий, прожекторных мачтах, закрытых распределительных устройствах (ЗРУ).

На трансформаторных порталах допускается установка молниеотводов при соблюдении условий установки молниеотводов на конструкциях и выполнении следующих дополнительных условий [8].

1. Удельное сопротивление грунта в грозовой сезон должно быть не более 350 Омм.

2. Место присоединения конструкции с молниеотводом к заземляющему устройству должно быть удалено по магистралям заземления от места присоединения к нему бака трансформатора на расстояние не менее 15 м.

3. Непосредственно на выводах обмоток 3 – 35 кВ трансформаторов или на расстоянии не более 5 м от них по ошиновке, включая ответвления к разрядникам, должны быть установлены соответствующие ОПН 3-35 кВ или РВ.

4. Должно быть обеспечено растекание тока молнии от стойки конструкции с молниеотводом по трем-четырем направлениям с углом не менее 90º между ними.

5. На каждом направлении, на расстоянии 3-5 м от стойки молниеотводом, должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 5 м.

6. Заземляющие проводники РВ или ОПН и силовых трансформаторов рекомендуется присоединять к заземляющему устройству поблизости один от другого.

7. На подстанциях с высшим напряжением 35 кВ сопротивление заземляющего контура не должно превышать 4 Ом, о гирлянды изоляторов на порталах ОРУ 35 кВ следует выполнять на класс напряжения 110 кВ.

Защиту ЗРУ, имеющих металлические покрытия кровли или железобетонные несущие конструкции кровли, следует выполнять заземлением этих конструкций. Для защиты зданий ЗРУ, крыша которых не имеет металлических покрытий и железобетонных конструкций или не может быть заземлена, следует устанавливать стержневые молниеотводы или молниеприемные сетки на крыше зданий. Молниеприемная сетка должна быть выполнена из стальной проволоки диаметром 6-8 мм и иметь шаг ячеек площадью не более 150 м² (например, ячейка 12 х 12 м). Токоотводы от сетки должны быть проложены к заземлителям не реже чем через 25 м по периметру здания [8].

Для установки молниеотвода можно использовать концевую опору линии. Однако при поражении этого молниеотвода молнией, так как сопротивление заземления опоры выше сопротивления подстанции, на опоре возникает недопустимо высокий потенциал, который может привести к перекрытию гирлянды опоры, и на подстанцию приходит импульс высокого напряжения, опасный для изоляции подстанции.

Поэтому у концевых опор с молниеотводами для линии 35 кВ и выше сопротивление заземления опор не должно превышать 10 Ом, гирлянды концевой опоры линии электропередач (ЛЭП) 35 кВ рекомендуется комплектовать из семи-восьми изоляторов.

Тросовые молниеотводы ЛЭП 110 кВ и выше, как правило, следует присоединять к заземленным конструкциям подстанции [8] (обычно присоединяют к порталам). От стоек конструкций ОРУ 110-220 кВ, к которым присоединены тросовые молниеотводы, должны быть выполнены магистрали заземления не менее чем по двум-трем направлениям с углом не менее 90º между ними.

Тросы ЛЭП 35 кВ разрешается присоединять к конструкциям на площадках подстанций с удельным сопротивлением грунта не более 750 Омм. От стоек конструкций ОРУ 35 кВ, к которым присоединены тросовые молниеотводы, должны быть выполнены магистрали заземления не менее чем по двум-трем направлениям с углом не менее 90º между ними. На каждом направлении должно быть установлено по одному вертикальному электроду длиной 3-5 м на расстоянии не менее 5 м.

При этом гирлянды изоляторов на порталах ОРУ 35 кВ и концевой опоре должны выполняться из семи изоляторов.

Расстояние по воздуху между конструкциями 35 – 500 кВ, на которых установлены молниеотводы, и токоведущими частями должно быть не менее длины гирлянды.

В случаях, когда какое-то из выше перечисленных требований выполнено не может быть и установка молниеотводов на конструкциях не допускается, следует применять отдельно стоящие молниеотводы с обособленными заземлителями. При этом необходимо соблюдать следующие расстояния. Расстояние в земле между обособленным заземлителем молниеотвода и ближайшей к нему точкой заземляющего контура подстанции определяется по формуле

,

где - импульсное сопротивление заземления отдельно стоящего молниеотвода. Это расстояние должно быть не менее 3 м.

Расстояние по воздуху от отдельно стоящего молниеотвода с обособленным заземлителем до токоведущих и заземленных частей распределительного устройства определяется по формуле

,

где H – высота рассматриваемой точки над землей. Это расстояние должно быть не менее 5 м.

Обособленные заземлители должны иметь сопротивление не более 80 Ом при импульсном токе 60 кА [8]. Однако в [4], с целью безопасности людей, рекомендуется снизить сопротивление обособленного заземлителя до 10 Ом. Обособленное заземлители состоят из небольшого числа вертикальных электродов, объединенных между собой горизонтальной полосовой или круглой сталью [4].

Защитное действие стержневого молниеотвода основано на свойстве молнии поражать наиболее высокие и хорошо заземленные металлические сооружения. Во время лидерной стадии разряда молнии на вершине молниеотвода скапливаются заряды, создающие на ней очень большие напряженности электрического поля. К этой области и направляется канал молнии.

Зоной защиты молниеотвода называется пространство вокруг него, в котором объект защищен от прямых ударом молнии с определенной степенью надежности. Защищаемый объект не поражается молнией, если он целиком входит в зону молниеотвода.

В настоящее время существуют несколько методик определения зон защиты стержневых молниеотводов.

Первая методика была предложена в ВЭИ на основе обширных лабораторных исследований на моделях [17], проведенных в 1936-1940 гг. А.А. Акопяном. По этой методике зона защиты одиночного молниеотвода представляет собой «шатер» (рис. 5.1), по ней можно рассчитывать зоны защиты молниеотводов высотой до 60 м. Объекты, находящиеся на границе этой зоны (h_x), защищены с вероятностью Р≈0,999.



Рисунок 2.1 - Зона защиты одиночного молниеотвода

по методике А.А. Акопяна

Радиус зоны защиты одиночного стержневого молниеотвода (рис. 2.1) на высоте для молниеотводов высотой до 60 м определяется по формуле [9]

(2.1)

где h – высота молниеотвода, м; - активная высота молниеотвода, м; p – коэффициент для разных высот молниеотводов (p = 1 для для 60 > h >30 м).

Зона защиты двух молниеотводов высотой не более 60 м показана на рис. 5.5. Граница внешней зоны определяется так же, как и для одиночного молниеотвода, по формуле (2.1).

Граница зоны защиты между молниеотводами (в вертикальном сечении) определяется окружностью радиусом R, проходящей через вершины молниеотводов и точку А, расположенную посредине между молниеотводами на высоте:

,

где а – расстояние между молниеотводами, м.



Рисунок 2.2 - Зоны защиты двух молниеотводов высотой до 60 м

Наименьшая ширина зоны защиты в середине между молниеотводами (на горизонтальном сечении) на высоте определяется по кривым [9] или по приближенной формуле [23]

, (2.2)

где вычисляется по формуле (2.1).

Зона защиты трех и более молниеотводов значительно превышает сумму защиты одиночных молниеотводов. На рис. 5.6 показана зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на уровне . Радиус внешней зоны защиты для каждого молниеотвода определяется так же, как и для одиночного молниеотвода по формуле (2.1). Ширина внешней зоны защиты для каждых двух молниеотводов определяется по формуле (2.2).



Рисунок 2.3 - Зона защиты трех молниеотводов в горизонтальном сечении на высоте : 1, 2, 3 – молниеотводы

А условие защищенности всей остальной площади, ограниченной треугольником, выражается соотношением

, (2.3)

где D – диаметр окружности, проведенной через три молниеотвода.

Для четырех молниеотводов, лежащих в вершинах прямоугольника (рис. 2.4), при проверке защищенности всей площади на уровне нужно брать диагональ D. При произвольном расположении четырех и более молниеотводов защищаемую площадь нужно разбить на треугольники.



Рисунок 2.4 - Зона защиты четырех молниеотводов, лежащих в вершинах прямоугольника, в горизонтальном сечении на высоте

Если четырехугольник получается неправильный, то у двух соседних треугольников будут разные высоты молниеотводов.

Эта методика вошла в «Руководящие указания по расчету зон защиты стержневых и тросовых молниеотводов» [9]. Долгие годы эта методика была основной для расчета зон защиты молниеотводов станций и подстанций. Она очень удобна для расчетов, так как позволяет по высоте защищаемого объекта сразу определять высоты 3-4 соседних молниеотводов.

Защита подстанции от прямых ударов молнии осуществляется в следующей последовательности.

1. Определить возможность установки молниеотводов на конструкциях [8].

2. Намечаются места установки молниеотводов (подстанцию нужно защитить минимальным числом молниеотводов с активной высотой = 3 – 10 м).

3. Площадь подстанции разбивается на треугольники или четырехугольники, определяются активная высота (формула (2.3)) и высота молниеотводов.

4. Проверяется защищенность объектов, находящихся за пределами треугольников или четырехугольников (строятся зоны защиты по формулам (2.1) и (5.2)). Если какой-либо объект не попал в зону защиты, то увеличивается число молниеотводов или их высота.

Методики расчета зон защиты молниеотводов постоянно совершенствовались. Но наиболее удачной из них долгие годы считалась методика, предложенная А.А. Акопяном [1]. Методика хорошо продумана для расчета защиты подстанций от прямых ударов молнии. Ее основное достоинство в том, что она позволяет объединять по 3-4 молниеотвода и по простой формуле вычислять высоты этих молниеотводов

h_1,2,3,4 = h_o + D/8 и h_1,2,3 = h_o + D/8, (2.4)

Однако, в дальнейшем было решено перейти на международные стандарты и в 2003 году приказом Минэнерго России утверждена новая “Инструкция по стройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций” [19].